Структура, функции РНК-полимеразы у прокариот, у эукариот и у архей

РНК-полимераза представляет собой ферментативный комплекс, который отвечает за опосредование полимеризации молекулы РНК, начиная с последовательности ДНК, используемой в качестве матрицы. Этот процесс является первым этапом экспрессии генов и называется транскрипцией. РНК-полимераза связывается с ДНК в очень специфической области, известной как промотор.

Этот фермент - и процесс транскрипции в целом - более сложен у эукариот, чем у прокариот. Эукариоты обладают множественными РНК-полимеразами, которые специализируются на определенных типах генов, в отличие от прокариот, где все гены транскрибируются одним классом полимеразы..

Увеличение сложности в линии эукариот в элементах, связанных с транскрипцией, предположительно связано с более сложной системой регуляции генов, типичной для многоклеточных организмов..

У архей транскрипция сходна с процессом, который происходит у эукариот, хотя у них есть только одна полимераза.

Полимеразы не действуют в одиночку. Для правильного начала процесса транскрипции необходимо присутствие белковых комплексов, называемых факторами транскрипции..

индекс

• 1 структура
• 2 функции
• 3 у прокариот
• 4 у эукариот
  • 4.1 Что такое ген?
  • 4.2 РНК-полимераза II
  • 4.3 РНК-полимераза I и III
  • 4.4 РНК-полимераза в органеллах
• 5 в архее
• 6 Различия с ДНК-полимеразой
• 7 ссылок

структура

РНК-полимеразы с лучшими характеристиками - это полимеразы бактерий. Он состоит из нескольких полипептидных цепей. Фермент имеет несколько субъединиц, каталогизированных как α, β, β 'и σ. Было показано, что эта последняя субъединица не участвует непосредственно в катализе, но участвует в специфическом связывании с ДНК.

Фактически, если мы исключаем субъединицу σ, полимераза может все еще катализировать свою связанную реакцию, но это делает это в неправильных областях.

Субъединица α имеет массу 40000 Дальтон, и их два. Из субъединиц β и β 'имеется только 1, и они имеют массу 155 000 и 160 000 дальтон соответственно.

Эти три структуры расположены в ядре фермента, а субъединица σ находится дальше и называется сигма-фактором. Полный фермент - или голофермент - имеет общий вес, близкий к 480 000 дальтон.

Структура РНК-полимеразы широко варьируется и зависит от изучаемой группы. Однако у всех органических существ есть сложный фермент, состоящий из нескольких единиц.

функции

Функция РНК-полимеразы заключается в полимеризации нуклеотидов цепи РНК, построенной из матрицы ДНК..

Вся информация, необходимая для строительства и развития организма, записана в его ДНК. Однако информация не переводится напрямую в белки. Необходим промежуточный шаг к мессенджеру РНК.

Это преобразование языка от ДНК к РНК опосредуется РНК-полимеразой, и это явление называется транскрипцией. Этот процесс похож на репликацию ДНК.

У прокариот

Прокариоты - это одноклеточные организмы без определенного ядра. Из всех прокариот наиболее изученным организмом был Кишечная палочка. Эта бактерия является нормальным обитателем нашей микробиоты и была идеальной моделью для генетиков..

РНК-полимераза была впервые выделена в этом организме, и большинство исследований транскрипции проводилось в Кишечная палочка. В одной клетке этой бактерии мы можем найти до 7000 молекул полимераз.

В отличие от эукариот, которые имеют три типа РНК-полимераз, у прокариот все гены обрабатываются одним типом полимеразы.

У эукариот

Что такое ген?

Эукариоты - это организмы, которые имеют ядро, ограниченное мембраной, и имеют разные органеллы. Эукариотические клетки характеризуются тремя типами ядерных РНК-полимераз, и каждый тип отвечает за транскрипцию определенных генов..

«Ген» - нелегкий термин для определения. Обычно мы привыкли называть любую последовательность ДНК «геном», которая в конечном итоге превращается в белок. Хотя предыдущее утверждение верно, есть также гены, конечный продукт которых представляет собой РНК (а не белок), или они являются генами, участвующими в регуляции экспрессии.

Существует три типа полимераз, названных I, II и III. Мы опишем его функции ниже:

РНК-полимераза II

Гены, которые кодируют белки - и включают РНК-мессенджер - транскрибируются РНК-полимеразой II. Из-за его важности в синтезе белка, это была наиболее изученная полимераза исследователями.

Транскрипционные факторы

Эти ферменты не могут сами управлять процессом транскрипции, им необходимо присутствие белков, называемых факторами транскрипции. Мы можем выделить два типа факторов транскрипции: общий и дополнительный.

Первая группа включает белки, которые участвуют в транскрипции все промоторы полимераз II. Они составляют основной механизм транскрипции.

В системах в пробирке, Было охарактеризовано пять общих факторов, которые необходимы для инициации транскрипции с помощью РНК-полимеразы II. Эти промоторы имеют консенсусную последовательность, называемую «коробкой TATA».

Первый шаг транскрипции включает в себя связывание фактора, называемого TFIID, с блоком TATA. Этот белок представляет собой комплекс с несколькими субъединицами - среди них специфический для коробки. Он также состоит из дюжины пептидов, называемых TAF (от англ. TBP-связанные факторы).

Третий фактор - это TFIIF. После набора полимеразы II факторы TFIIE и TFIIH необходимы для начала транскрипции.

РНК-полимераза I и III

Рибосомные РНК являются структурными элементами рибосом. В дополнение к рибосомальной РНК, рибосомы состоят из белков и отвечают за перевод молекулы РНК-мессенджера в белок.

Трансферные РНК также участвуют в этом процессе трансляции, что приводит к образованию аминокислоты, которая будет включена в полипептидную цепь при образовании.

Эти РНК (рибосомные и переносные) транскрибируются РНК-полимеразами I и III. РНК-полимераза I специфична для транскрипции более крупных рибосомальных РНК, известных как 28S, 28S и 5.8S. S относится к коэффициенту седиментации, то есть скорости седиментации во время процесса центрифугирования.

РНК-полимераза III отвечает за транскрипцию генов, кодирующих меньшие рибосомные РНК (5S).

Кроме того, ряд небольших РНК (помните, что существует множество типов РНК, не только самых известных мессенджеров, рибосомных и трансферных РНК) в качестве малых ядерных РНК, транскрибируются РНК-полимеразой III.

Транскрипционные факторы

РНК-полимераза I, зарезервированная исключительно для транскрипции рибосомных генов, требует нескольких транскрипционных факторов для своей активности. Гены, которые кодируют рибосомную РНК, имеют локализованный промотор около 150 пар оснований «вверх по течению» от стартового сайта транскрипции..

Промотор распознается по двум факторам транскрипции: UBF и SL1. Они совместно присоединяются к промотору и рекрутируют полимеразу I, образуя комплекс инициации.

Эти факторы формируются несколькими белковыми субъединицами. Точно так же TBP, по-видимому, является общим фактором транскрипции для трех полимераз у эукариот..

Для РНК-полимеразы III были идентифицированы транскрипционные факторы TFIIIA, TFIIIB и TFIIIC. Они последовательно связаны с транскрипционным комплексом.

РНК-полимераза в органеллах

Субклеточные компартменты, называемые органеллами, являются одной из отличительных характеристик эукариот. Митохондрии и хлоропласты имеют отдельную РНК-полимеразу, которая напоминает этот фермент в бактериях. Эти полимеразы активны, и они транскрибируют ДНК, найденную в этих органеллах..

Согласно эндосимбиотической теории, эукариоты происходят из симбиоза, когда одна бактерия проглотила меньшую. Этот важный эволюционный факт объясняет сходство полимераз митохондрий с полимеразой бактерий..

В архее

Как и у бактерий, у архей есть только один тип полимеразы, ответственной за транскрипцию всех генов одноклеточного организма..

Однако РНК-полимераза у архей очень похожа на структуру полимеразы у эукариот. Они представляют коробку TATA и факторы транскрипции, TBP и TFIIB, в частности.

В целом, процесс транскрипции у эукариот весьма схож с тем, что наблюдается у архей..

Отличия от ДНК-полимеразы

Репликация ДНК организована ферментативным комплексом, называемым ДНК-полимеразой. Хотя этот фермент обычно сравнивают с РНК-полимеразой - оба катализируют полимеризацию нуклеотидной цепи в направлении от 5 'до 3' - существуют различия в нескольких аспектах.

ДНК-полимераза нуждается в коротком фрагменте нуклеотидов, чтобы иметь возможность инициировать репликацию молекулы, называемую праймер или праймер. РНК-полимераза может начать синтез de novo, и не нуждается в первом для своей деятельности.

ДНК-полимераза способна связываться с несколькими сайтами вдоль хромосомы, тогда как полимераза связывается только с промоторами генов.

Что касается механизмов корректура ферменты ДНК-полимеразы известны гораздо лучше, поскольку способны исправить неправильные нуклеотиды, которые были полимеризованы по ошибке..

ссылки

1. Купер Г.М., Хаусман Р.Е. и Хаусман Р.Е. (2000). Клетка: молекулярный подход (Том 2). Вашингтон, округ Колумбия: пресса ASM.
2. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Молекулярно-клеточная биология. Macmillan.
3. Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж. И др. (2002). Молекулярная биология клетки. 4-е издание. Нью-Йорк: Наука Гирлянды
4. Пирс, Б. А. (2009). Генетика: концептуальный подход. Ed. Panamericana Medical.
5. Левин Б. (1975). Экспрессия генов. Книги UMI по запросу.